数字频率特性测试仪在教学中的典型应用

第１６卷增刊　２００６年７月　华北航天工业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃ　Ｅｎ　Ｖｏ１．１６　Ｓｕｐｐｌ　Ｊｕ１．２００６　数字频率特性测试仪在教学中的典型应用　娄建安　冯　卫　谭玉生　（１．军械工程学院，河北石家庄０５００００；　２．石家庄无线电四厂，河北石家庄０５００００；３．河北师范大学，河北石家庄０５００００）　摘要：数字频率特性测试仪应用ＤＳＰ和ＣＰＬＤ技术，具有低频范围宽的特性。实验教学中采用数字频率特性　测试仪，对有源四端网络频率特性进行了测试，得出特性曲线。　关键词：频率特性；幅频特性；相频特性　中图分类号：ＴＭ９３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２１４５（２００６）增刊一００６３—０３　１　数字频率特性测试仪的特点　测试连接如上图。由于数字频率特性测试仪内置检　波电路，因此不需要外置的检波头。　数字频率特性测试仪是采用直接数字合成技术　（ＤＤＳ），利用快速数字处理器（ＤＳＰ）和大规模可编　２．１　二阶有源低通滤波器频率特性测试　二阶有源低通滤波器电路如图１所示。　程逻辑控制器（ＣＰＬＤ）进行控制的全数字电路频率　特性测试仪。特别适用于放大器、有源滤波器、ＲＣ、　ＲＬ、ＲＬＣ选频网络等一般有源、无源四端网络的频率　特性测试。它有如下主要特性：扫频范围宽，且不分　频段；与模拟扫频仪不同，它可以同时测量被测网络　的幅频特性和相频特性，并且有方便的光标读取功　能；增加定向耦合模块，它可以测试网络的ｓ参数。　数字频率特性测试仪的另一个特点是低频范围　宽。最低频率可以设置为２０Ｈｚ，幅频特性的保精度　测量下限频率为５００Ｈｚ，所以可以满足音频范围的　频率特性测试，特别适合于大学实验室的实验教学。　这是其他型号的频率特性测试仪很难做到的。　目前，国内只有ＳＡ１０００系列的数字频率特性　测试仪，其频段从５　ＭＨｚ一直到３００ＭＨｚ。　２有源四端网络频率特性测试　令　图１二阶有源低通滤波器电路　该电路的传递函数为　Ａ（　）：　（１）　：赤１　　　（２）　：　则幅频特性为　Ａ：——＝：：：：：：：：：：　＿＿：：：：：一对数幅频特性为　Ｇ：２。　ｇＡ：一２０１ｇ　（３）　・一（ｆ　＋（ｆ　）　／　＿＝＝＿ｉ　ｃ４　由（３）式可知，当　《　时，Ｇ为幅度趋近于　・＿＿——６３・－－——　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年７月　华北航天工业学院学报　第１６卷　０ｄＢ的水平直线，／》／，时，Ｇ趋近于一４０１ｇ≠的斜　线，其斜率为一４０／１０倍频。当ｆ＝ｆ，时，Ｇ＝　相位滞后区间：全部　点相位（度）：一１３２。单调减　２。ｌｇＡ＝一２。ｌｇ　＝一２。ｌｇ　＝一１。ｌｇ百４Ｃ２本例中　，２．２二阶有源高通滤波器频率特性测试　二阶有源高通滤波器电路如图３所示。　＝５，所以在ｆ＝ｆ，点有Ｇ＝一ｌＯｌｇＯ．８＝　０．９７ｄＢ，曲线产生０．９７ｄＢ￣隆起。　将图１中的参数代人（２）式可得　ｆ、：　１　１　２ａ＇Ｒ瓜＝一２丌×１０３　一——　１　３．５５９ｋ（Ｈｚ）。　——，一Ｌ一４￣ｒＲＣ２—４丌×１０　×２×１０一。　＝３．９７９ｋ（Ｈｚ）。　图３二阶有源高通滤波器电路　电路的特性曲线显示窗如图２所示。图中光标　１所在点的频率值为厂，，实测值为３．５９７ｋＨｚ。在　．点的相位为一９０￣。　ｍａｒｋｅｒ　７３．伽５９７０。。。ＫＨ　该电路的传递函数为　Ａ（　）＝■—　—１—　２　＋．『　ｏ￣ＲＣ　２　（５）　令　幅　特性　线　光标１　’　／，　１　１　＼　＼　—、　（６）　＼　＼　＝　、、、　＼　。＼．　。＼　＼　则幅频特性为　＼　。＼相频　特性啦　线　．　＼　。＼　．对数幅频特性为　Ｇ　Ａ＝坷－赫　（７）　Ｓｔａｒｔ　０１．Ｏ００００００ＫＨｚ　Ｇａｉｎ　５．ＯｄＢ／ｄｉｖ　Ｅｎｄｌ５．０００００ｏ０ｋＨｚ　图２二阶有源低通滤波器的特性曲线显示窗　ｇ√［－一（夸）一１＋（每）　（８）　时，Ｇ：一　通过显示窗的数据，可以做出如下判断：　１）该二阶有源低通滤波器幅频特性结果为：　低频最大增益：０ｄＢ　由（８）式可知，当／》　，时，Ｇ为幅度趋近于　０ｄＢ的水平直线，／《／，时，Ｇ趋近于４０１ｇ≠的斜　线，其斜率为＋４０／１０倍频。当厂：　２０ｌｇ　＝一２０ｌｇ　＝一１０　４Ｒｌ，转折频率　：３．５９７ｋＨｚ　点电路增益：＋１．３ｄＢ　一本例中　Ｒ＝５，所　ｌ．３ｄＢ频率ｆｃ：５．１５２ｋＨｚ　以在／＝　，处的对数幅频增益为Ｇ＝一１０ｌｇＯ８：　０．９７ｄＢ，曲线产生０．９７ｄＢ的隆起。将图３中的参　．厂，点幅度特性：接近极大值　２）该二阶有源低通滤波器相频特性结果为　最小相位（度）：低频端趋近于０。　最大相位（度）：高频端趋近于一３６０。　相位超前区间：无　－－——数代人（６）式可得　，．：—————　—一～——　２ａ＇Ｃ￣／Ｒ　Ｒ２　２丌×１０　ｖ厂　＝３５．５８８ｋ（Ｈｚ）．　６４－－——　维普资讯 http://www.cqvip.com

增刊　娄建安等：数字频率特性测试仪在教学中的典型应用　２００６年７月　‘厂２：—　，　一丌尺２　Ｃ：——　ｊ：３１．８３０ｋ（Ｈｚ）　２０ｄＢ，相当于被测电路的输入为６７ｍＶ　一　，输出为　一丌×１０一　一　‘　‘　０．３３５ＶＰ—Ｐ。　电路的特性曲线显示窗如图４所示。图中光标　１所在点的频率值为　，实测值为３１．１３６ｋＨｚ。在　ｆ　点的相位为＋９０。　判读结果见图４。　ｍａｒｋｅｒ　。。。ＫＨ　１Ｈ　。牲曲纰ｌ＼　＼　＼　一　／　●　＼　／　／　幅　特性Ｉ　自线　图５放大倍数等于５的直流反相运算放大器　／　如果不知道被测电路的增益，可一面改变测试　仪的输出增益，一面观察显示窗中的幅频特性曲线，　如果幅频特性曲线与增益变化量做等量的上下平　移，而曲线的形状不产生变形，就说明被测电路没有　Ｓｔａｒｔ　ｌ６．０００００００ＫＨｚ　Ｇａｉｎ　５．ＯｄＢ／ｄｉｖ　Ｅｎｄ６０．０００００００ｋＨｚ　产生失真。　图４电路的特性曲线　特性曲线显示窗如图６所示。　ｍａｒｋｅｒ　０．１４５５　Ｈ　通过显示窗的数据，可以做出如下判断：　ｄＢ１）该二阶有源高通滤波器幅频特性结果为：　相　特　厂＝５９．７ｋＨｚ处增益：０．６ｄＢ　＼　转折频率厂，：３９．９３４ｋＨｚ　光　厂，点电路增益：＋１．６ｄＢ　—、、　八　一３ｄＢ频率厂ｃ：２６．４３９ｋＨｚ　幅频特性曲｛戋　　．　＼　——／　／　：　２）该二阶有源低通滤波器相频特性结果为　＼　厂　点幅度特性：接近极大值　（　ｆ＝４７７ｌ　Ｉ｛　＼　最小相位（度）：高频端趋近于０。　最大相位（度）：低频端趋近于３６０。　相位超前区间：全部　Ｓｔａｒｔ　０５．０００００００ＫＨｚ　Ｇａｉｎ　ｌ０．０ｄＢ／ｄｉｖ　Ｅｎｄ０５．０００００００ＭＨｚ　相位滞后区间：无　厂ｃ点相位（度）：＋１１５。单调减　图６直流反相运算放大器电路的特性曲线显示窗　２．３直流运方电路频率特性测试　分析曲线可知，在低频段，直流运放电路的增益　图５所示电路为直流反相运算放大器。　是一条水平直线，且运放输出信号的相位为＋１８０。　该电路的放大倍数为　（与输入反相）。在曲线的转折频率厂，（１４６ｋＨｚ左　．　右）点，电路输出信号的增益下降３ｄＢ左右，相位为　＝一　（９）　』　１　＋１０５。左右（理论值应为１３５。）。频率高于厂，时，输　输出信号相位为１８０。，放大倍数等于５，理论增　出按一９ｄＢ／倍频程的斜率衰减。频率为厂ｃ＝　益应为Ａ＝２０１ｇＫ＝２０１ｇ５　１４ｄＢ。图５所示电路　４７７ｋＨｚ左右（光标２的位置）时，运放电路的增益下　的增益为１４ｄＢ，所以设置测试仪时应将输出增益设　降到０ｄＢ，输出信号相位也下降到接近０。，这时运放　置为一４０ｄＢ，比校准时测试仪的自动设定值低　不再具备放大功能。　（下转第９２页）　一６５—　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年７月　华北航天工业学院学报　第１６卷　过２５００名，开设的ＳＭＴ选修课受到学生欢迎。面　向社会的ＳＭＴ专业培训课程已成为业内的知名培　业共同研发的ＰＬＣ实训装置，建成了《工业系统流　程设计与应用实验室》（ＰＬＣ实训室）；与美国Ｎｉ公　司合作建立《虚拟仪器实验室》，利用与企业合作研　训课程。利用先进设备每年为校内外几十个单位提　供的上百项科研加工服务，已成为一个不可或缺的　科研加工基地。　２．４跟踪前沿科学，创建新技术应用实验室　电子技术的发展日新月异，把最新技术引入到　电子实习中，为学生搭建应用型和研究型的实践平　发的蓝牙无线通信实践平台，建立《蓝牙无线通信应　用技术》等实验室。这些实验室都是立足高新技术　应用，以真实工业系统为背景，通过选修课、ＳＲＴ、自　选课题等方式，让学生动手学习和实践世界最新科　技成果，在这里“触摸先进，感受流行”。　参考文献：　［１］王天曦，李鸿儒．与时俱进构筑电子实践新平台［Ｊ］。实　验技术与管理，２００３，（１）．　［２］王天曦，李鸿儒．建设世界一流的实践教育中心［Ｊ］．实　验室研究与探索，２００５，（２４）．　台。感受最新科技成果。２０００年以来，教研组利用　自己开发的ＳＯＰＣＰＲＯ系统级设计创新实践平台建　成了《ＥＤＡ／ＳＯＰＣ应用技术实验室》；自筹配套经　费，吸引ＮｅｔＳｍｏｏｔｈ公司捐赠ＩＰＶ６网络实验设备，　建成了《清华－－ＮｅｔＳｍｏｏｔｈ网络实验室》；利用与企　（上接第６５页）　可见，一般运放电路的通频带只能做到１００～　２００ｋＨｚ。放大倍数越大，通频带越窄。否则就要选　２）该直流反相运算放大器电路相频特性结果为　低频段相位（度）：＋１８０ｏ　处相位（度）：＋１０５。　相位反相区间：低频段　相位滞后区间：无　点相位（度）：＋ｌ０．４。　通过对上述有源四端网络的测试，可以看到　用宽带运放。　通过显示窗的数据，可以做出如下判断：　１）该直流反相运算放大器电路幅频特性结果　为：　低频段增益：１４ｄＢ　转折频率ｆ　：１４５．５３５ｋＨｚ　点电路增益：１ｌｄＢ　０ｄＢ增益点频率ｆｃ：４７７．４９６ｋＨｚ　．ＳＡＩＯ００系列的数字频率特性测试仪能够准确表达　电路的特性，并且能够简易直观地获得实验数据。　可以为高校的实验和科研工作提供准确的参数。　厂ｃ点幅度特性：连续、递减　一９２—